JPH09193415A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録ヘッドが長時間放置された後に、インク
の無駄や待機時間を最小限に抑えた最適な回復動作を行
ない、かつ印字不良の発生しない、信頼性の高いインク
ジェット記憶装置を提供する。 【解決手段】 記録ヘッドの内部の泡の状態を印字枚数
から予測し、印字後の放置時間と、印字枚数のカウント
値に基づいて予備吐出数を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出して
記録を行なうインクジェット記録装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】インクタンクから供給されたインクが、
記録ヘッドに設けられた吐出口からインク滴として吐出
されて被記録材に記録を行なうインクジェット記録装置
においては、インクジェット記録ヘッドにインクを充填
したままで長時間吐出が行なわれないと、オリフィスお
よびその付近に滞留したインクが増粘したり、固着した
りして、吐出不良が発生する場合があった。

【０００３】このような吐出不良を防止するために、特
公平６−８０４４号公報には、インク吐出が行なわれな
い放置時間に応じて設定された回数の吐出回復動作を行
なって、オリフィス付近のインク乾燥による画質の悪化
を防ぎ良好な画質を得るようにした液体噴射記録装置が
開示されている。

【０００４】また、特開平５−３１８７８号公報には、
記録ヘッドの１走査ごとにオリフィスが印字を行なわな
い待機時間を加味して吐出回復動作を設定するインクジ
ェット装置が開示されている。

【０００５】ここで、吐出回復動作とは、「予備吐出」
や「予備加熱」のことである。「予備吐出」は、例えば
記録ヘッドのホームポジションにおいて、正規のヘッド
駆動信号を記録ヘッドに供給して、記録ヘッドと対向す
る位置に設けられたインク吸収体に向けてインクを所定
回数吐出させることにより、ヘッドの表面の乾燥を取り
除いたり、オリフィスの先端部にある古いインクを吐出
してしまうことであり、インクの濃度を低下させて記録
を行なうようにするものである。「予備加熱」は、記録
時よりもパルス幅やパルス電圧を小さくして、吐出が生
じない程度のヘッド駆動信号を記録ヘッドに供給して、
記録ヘッド周辺の温度を上昇させることにより、インク
の粘度を低下させ、吐出を容易にするものである。

【０００６】このように、長時間放置した後の慢性的な
印字不良の原因が、インクの増粘を生じたり、固着が生
じたりすることによるものであることが公知とされてお
り、従来技術においては、印字しない時間の長さ（待機
時間）、環境等、インクの増粘に寄与する因子によって
回復動作を設定していた。

【０００７】しかしながら、インクを充填した記録ヘッ
ドを一定時間放置した後、一定の環境および予備加熱の
条件で１ノズルあたりの回復までの吐出回数（以下、
「回復吐出数」という。）を測定すると、放置時間の経
過とともに回復吐出数が必ずしも増大せず、減少する場
合さえあり、かなり大きなばらつきがあることが分かっ
た。

【０００８】また、このように複数のノズルで印字を行
なう記録ヘッドにおいては、大多数のノズルの回復吐出
数が放置時間の経過とともに増大したとしても、ごく少
数のノズルについては、回復吐出数が放置時間によら
ず、大多数のノズルの数十倍の回復吐出数を必要とする
場合もある。

【０００９】一方、予測加熱による昇温の温度を可変と
した場合にも、繰り返し実験による回復吐出数のばらつ
きは、非常に大きかった。

【００１０】この実験の結果、放置時間、放置環境とい
ったすでに把握されている要因のみによって回復条件を
設定すると、予備吐出の条件が、回復吐出数の最悪値に
設定されることもあるため、最良条件の数十倍の予備吐
出が行なわれる場合もあり、多量のインクが無駄になっ
ていた。また、予備加熱についても、同様に最悪値を想
定し、充分にマージンをとる必要があるため、記録ヘッ
ドの待機時間が長くなっていた。

【００１１】また、これらのことから、放置後の回復吐
出数に寄与する因子は、インクの増粘だけではないこと
が予測できた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した考
察のもとになされたもので、記録ヘッドが長時間放置さ
れた後に、インクの無駄や待機時間を最小限に抑えた最
適な回復動作を行ない、かつ印字不良の発生しない、信
頼性の高いインクジェット記憶装置を提供することを目
的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録媒体に対
してインクを吐出する吐出口を複数有する記録ヘッドを
用いて記録を行なうインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測する予測手段
と、前記記録ヘッドにおけるインクの吐出不良を回復あ
るいは予防する回復手段と、前記予測手段による予測結
果に応じて前記回復手段を制御する制御手段を有するこ
とを特徴とするものである。

【００１４】前記予測手段は、印字枚数のカウント値に
基づいて前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測するも
のであり、あるいは、走査ラインのカウント値に基づい
て前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測するものであ
り、あるいは、インクを吐出した画素数のカウント値に
基づいて前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測するも
のであり、あるいは、前記記録ヘッド内部の電気伝導度
を測定するものであり、あるいは、前記記録ヘッド内部
の熱伝導度を測定するものであることができる。

【００１５】また、前記回復手段は、前記記録ヘッドの
予備加熱またはインクの予備吐出を行なうことができ
る。

【００１６】また、前記制御手段は、前記予測手段によ
る泡の量の予測結果に応じて前記記録ヘッドを予備加熱
する温度を設定し、および／または、インクの予備吐出
回数を設定することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、記録ヘッドの放置条件
と吐出回復能力の関係について詳細に検討した結果なさ
れたものである。この検討によれば、印字不良状態は、
放置時間だけによるものでなく、インク流路内、特に、
噴射素子内部の泡の状態が放置後の回復吐出数に大きく
影響しており、この泡の状態を加味すれば、回復吐出数
のばらつきが非常に小さくなるという事実を見いだし
た。

【００１８】まず、 記録ヘッドにインクを充填して１日間放置した状態 記録ヘッドにインクを充填した後振動を与えて噴射素
子内部に泡を入れ１日間放置した状態 の２種類の状態の記録ヘッドについて、回復吐出数をそ
れぞれ１０回繰り返しで評価を行なった。この評価に際
して、の状態の記録ヘッドの噴射素子内には泡がない
こと、の状態の記録ヘッドの噴射素子内には泡がある
ことを確認した。泡の確認は、Ｘ線透過装置を用いた。
Ｘ線透過装置は、噴射素子の配列面と直角な方向からＸ
線を照射し、透過したＸ線の濃度パターンをＸ線カメラ
で撮像するものである。Ｘ線カメラに代えて、Ｘ線フィ
ルムにより、撮像することも可能である。実験結果を図
８に示す。この結果から分かるように、噴射素子内部に
泡がない場合とある場合とで、回復吐出数に大きな差が
みられ、噴射素子内で大きな気泡の近傍のノズルが回復
が遅い傾向があった。

【００１９】この理由について推測した。図１は、記録
ヘッドの概略の断面図であり、図１（Ａ）は泡がない場
合、図１（Ｂ）は噴射素子の内壁面に泡がある場合であ
る。図中、１は記録ヘッド、２はインク、３は増粘した
インク、４はヒータ、５はバブル、６は泡、７はインク
供給口である。

【００２０】記録ヘッドを長時間放置すると、ノズルの
先端部近傍のインクは、溶剤が蒸発して増粘する。増粘
したインク３がノズルを塞ぎ、ノズル先端付近の抵抗が
大きくなる。上述したように、増粘したインク３を取り
除くために予備吐出が行なわれる。図１（Ａ）に示すよ
うに、噴射素子内に泡がない場合は、回復のための予備
吐出時に、ヒータ４上で成長したバブル５の圧力は、ノ
ズル先端方向にかかりやすい。したがって、適当な回数
の吐出により、増粘したインク３を飛ばすことができ
る。増粘したインク３の量は、待機時間に依存すると考
えられるから、回復吐出数が、待機時間に応じて定めら
れることは上述したとおりである。

【００２１】しかし、図１（Ｂ）に示すように、噴射素
子内壁面に泡６がある場合には、増粘したインク３によ
りノズル先端付近の抵抗が大きくなっていると、回復の
予備吐出時にヒータ４上で成長したバブル５の圧力の一
部は、内壁面に付着した泡７を圧縮するように働くた
め、泡６がダンパーとなる。泡６のダンパー作用は、バ
ブル５の圧力の一部を泡６側に逃がすことになり、回復
力が損なわれ、回復吐出回数が大きくなると推測され
る。

【００２２】噴射素子内部の泡が増える原因としては、
噴射素子より上流にあるインクタンク等からの気泡の流
入や、ヒータ部へ流れ込んだインクの温度上昇による溶
存気泡の析出が挙げられる。噴射素子内には一定のイン
クの流れがあるが、死水域が存在するため、この死水域
部分に付着した泡は、印字によるインクの流速ではほと
んど移動しない。この泡は、バキューム動作によってノ
ズル側から除去することができる。また、バキューム動
作により、増粘したインクも除去できるが、バキューム
動作は多量のインクを消費するから、増粘したインクの
除去のために高い頻度でバキューム動作を行なうことは
得策ではない。この理由から、予備吐出が採用され、バ
キューム動作の頻度を低く抑えている。

【００２３】次に、本発明に至った詳細について、実験
データを基に説明する。記録ヘッドの放置環境は室温１
０℃、３０％ＲＨ（相対湿度）とし、また、この評価で
は噴射素子内部の泡量の予測を印字枚数で行なうことと
した。

【００２４】まず、放置時間と回復吐出数の関係につい
て図２により説明する。記録ヘッドにインクを充填し、
印字をさせないで放置した記録ヘッド（ヘッドＡ：一点
鎖線）と、インクを充填後５０枚程度印字を行なった後
放置した記録ヘッド（ヘッドＢ：点線）と、インクを充
填後１００枚程度印字を行なった後放置した記録ヘッド
（ヘッドＣ：破線）について放置時間と回復吐出数の関
係を評価した。放置後印字時の記録ヘッドの温度は２５
℃とし、放置時間は１ヶ月まで評価した。

【００２５】評価結果を図２に示す。なお、図２におい
て、実線は従来のインクジェット記録装置で設定されて
いる予備吐出数と放置時間の関係を示している。ヘッド
Ａ，ヘッドＢ，ヘッドＣの全てのヘッドで放置時間が長
くなると、必要とする回復吐出数が増加し、時間経過す
るにしたがって増加率は小さくなっている。これはノズ
ル先端部のインクの乾燥、増粘によるものである。一
方、放置前に印字枚数が多い、つまり噴射素子内の泡が
多ければ、回復吐出数が激増することが判る。また、こ
の評価は、噴射素子内部の泡を制御因子としない評価に
比べて、繰り返しによるデータのばらつきは１／５０程
度となった。

【００２６】実線に示す従来設定の予備吐出数だけ吐出
をすれば、泡の有無にかかわらず放置後の印字不良が発
生しないことは分かるが、噴射素子内部の泡がない場合
や、あっても小量の場合には、必要以上の予備吐出が行
なわれ、多くのインクを無駄にしていることが分かる。

【００２７】次に、噴射素子内部の泡量と回復吐出数と
の関係について図３により説明する。放置時間を１日間
とした場合と、１０日間とした場合において、回復吐出
数の噴射素子内部の泡量依存性を評価した。放置後印字
時の記録ヘッドの温度は２５℃とし、インク充填してか
ら放置する前に、０枚印字から１００枚まで印字枚数を
変えて回復吐出数を調べる実験を行なった。結果を図３
に示す。放置時間１日間、１０日間で従来設定されてい
る予備吐出数も同時に図示した。放置前の印字枚数の増
加とともに、噴射素子内部の泡が増加していると予測さ
れ、予測どおりに印字枚数の増加とともに連続的に回復
吐出数が増加している。この結果からも、従来の設定値
では、必要以上の予備吐出が行なわれ、インクの無駄が
非常に多いことが確認された。また、この実験結果か
ら、実機において予備吐出数を設定するためのデータの
一部が得られた。

【００２８】噴射素子内部の泡量と回復吐出数の関係を
予備加熱温度から評価した結果を図４により説明する。
従来技術においても、印字前の予備加熱温度が高い方が
回復吐出数が小さくなることが知られている。この実験
では、放置時間を１０日間として、インク充填してから
放置する前に、０枚印字から１００枚まで印字枚数を変
えて回復吐出数を調べる実験を行なった。予備加熱温度
については、２５℃，３５℃，４５℃とし、放置前の印
字枚数と回復吐出数の関係を調べた。また、予備加熱温
度が２５℃，３５℃での従来の予備吐出量の設定値を図
示した。予備加熱温度が高い方が回復吐出量は少なくて
すむだけでなく、放置前の印字枚数の増加、すなわち、
噴射素子内部の泡量の増加による回復吐出数の変化が小
さく、また繰り返し実験によるばらつきも極めて少なか
った。この実験から、回復吐出数をばらつきなく低減さ
せるには、予備加熱温度がより高い方がより好ましいこ
とが分かるが、予備加熱温度を高くするために、記録ヘ
ッドの待機時間が延びるという問題や、噴射素子の劣化
といった、２次障害の問題が考えられる。この問題を考
慮すると、 予備加熱温度＝インクジェット記憶装置の環境温度＋１
５℃ 程度が適当である。

【００２９】この実験から、予備加熱温度と噴射素子内
の泡量を加味して回復吐出数を設定すれば、インクの無
駄がよりなくなることが分かる。

【００３０】これらの考察のもとに、本発明のインクジ
ェット記憶装置の予備吐出条件を決定するための実験を
行なった。２つのインクジェット記録ヘッドを用いて、 ２５枚印字後 ５０枚印字後 ７５枚印字後 １００枚印字後 における、放置時間と回復吐出数の関係を調べた。実験
環境は、上述した実験と同じで、室温１０℃、３０％Ｒ
Ｈ（相対湿度）とし、予備加熱温度は２５℃とした。
〜のそれぞれの印字枚数を印字した後、放置時間を変
えて、予備加熱を行ない、回復吐出数を調べた実験結果
を図５に示した。この結果から直線近似をして、予備加
熱温度が２５℃での予備吐出数を設定したものが図６で
ある。なお、７５〜１００枚印字後の設定値は従来値と
同じ特性とした。

【００３１】次に、予備加熱温度３５℃のときの放置後
の回復吐出数を同様の方法で調べ、予備加熱温度が３５
℃での予備吐出数を設定したものが図７である。

【００３２】これらの評価では、初期充填後の印字枚数
をカウントして、そのときの予備加熱温度によって予備
吐出数を決定している。また、バキューム回復動作によ
って噴射素子内の泡は除去できるため、バキューム動作
を検知してカウント枚数をリセットし、再び０枚からカ
ウントすればよい。

【００３３】上述したように、印字枚数のカウントは、
泡の量を予測するためになされるものであるから、泡の
量との相関関係が推測できるパラメータであれば、印字
枚数に限られるものではない。印字枚数に代えて、走査
ライン数をカウントしたり、ピクセル数をカウントする
ようにしてもよい。印字される画像の内容や、記録紙の
大きさ等により、印字枚数と走査ライン数やピクセル数
が必ずしも比例するものではないが、平均的に見れば、
比例関係があるとしてもよい。一例では、印字枚数１に
対して、走査ライン数ならば１５、ピクセル数ならば
８．５×１０⁵ という程度の換算計数と見て、上記の実
験結果をそのまま利用して、図６，図７における印字枚
数を、走査ライン数やピクセル数に換算してもよい。

【００３４】さらに、泡の量を直接的に予測してもよ
い。そのためのパラメータとしては、噴射素子内部の電
気伝導度、あるいは、熱伝導度等のように、泡の存在に
依存すると考えられる物理量や化学量を測定するように
して、印字枚数のカウントに代えることもできる。

【００３５】電気伝導度を測定するには、ノズルの先端
部近傍とインク供給口近傍との間の電気抵抗を測定する
方法がある。電気抵抗の測定は、ノズル先端部近傍とイ
ンク供給口近傍に配置した電極間の電気抵抗を測定する
ようにしてもよい。ノズル先端部近傍の電極としては、
ヒータに電流を供給する個別電極や共通電極を利用する
こともできる。インク供給口近傍の電極は、ここに接続
される部材側に設けてもよい。電気抵抗は、複数のノズ
ルが並列的に並んでいるから、全部または一部のノズル
の並列抵抗として測定してもよく、一部または全部のノ
ズルについて個別の電気抵抗を測定するようにしてもよ
い。

【００３６】熱伝導度については、一例として、インク
供給口近傍に温度検出素子を配置し、発熱素子に所定の
駆動パルスを与えた後の温度上昇の様子から、熱伝導度
を測定することができる。温度上昇は、駆動パルスを与
えた後の所定時間後の温度変化を検出するようにしても
よい。

【００３７】このように、本発明は、例えば、ある印字
から次の印字までの時間間隔を計測して得られる待機時
間の計測データと、噴射素子内部の泡の量を予測する予
測手段の予測結果に基づいて予備吐出数を制御すること
ができ、記録開始前の吐出回復動作を設定する精度が飛
躍的に向上し、インクの無駄や待機時間のない最適な回
復動作を行なえるようになり、かつ信頼性の高いインク
ジェット記憶装置を提供することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、予備吐出数を大幅に削減でき、従来予備吐出
に使用していたインクが節減でき、一例では、約５０％
程度に削減できた。また、インク使用効率が向上でき、
廃インクタンクのコンパクト化も可能となり、予備吐出
に要する待機時間も少なくて済むという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 記録ヘッド内のインク吐出時の圧力伝搬の一
例を説明するための模式図である。

【図２】 予備加熱温度２５℃における記録ヘッドの放
置時間と回復吐出数の関係の一例を示すグラフである。

【図３】 放置時間１日、１０日における印字枚数と回
復吐出数の関係の一例を示すグラフである。

【図４】 予備加熱温度２５℃、３５℃における印字枚
数と回復吐出数の関係の一例を示すグラフである。

【図５】 予備加熱温度ｔ１における記録ヘッドの放置
時間と回復吐出数の関係の一例を示すグラフである。

【図６】 予備加熱温度２５℃以上において設定する記
録ヘッドの放置時間と予備吐出数の関係の一例を示すグ
ラフである。

【図７】 予備加熱温度３５℃以上において設定する記
録ヘッドの放置時間と予備吐出数の関係の一例を示すグ
ラフである。

【図８】 噴射素子内部に泡がない場合とある場合とに
よる回復吐出数の実験結果の説明図である。

【符号の説明】

１…記録ヘッド、２…インク、３…増粘したインク、４
…ヒータ、５…バブル、６…泡、７…インク供給口。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体に対してインクを吐出する吐出
   口を複数有する記録ヘッドを用いて記録を行なうインク
   ジェット記録装置において、前記記録ヘッドの内部の泡
   の状態を予測する予測手段と、前記記録ヘッドにおける
   インクの吐出不良を回復あるいは予防する回復手段と、
   前記予測手段による予測結果に応じて前記回復手段を制
   御する制御手段を有することを特徴とするインクジェッ
   ト記録装置。
2. 【請求項２】 前記予測手段は、印字枚数のカウント値
   に基づいて前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測する
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録
   装置。
3. 【請求項３】 前記予測手段は、走査ラインのカウント
   値に基づいて前記記録ヘッドの内部の泡の状態を予測す
   ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記
   録装置。
4. 【請求項４】 前記予測手段は、インクを吐出した画素
   数のカウント値に基づいて前記記録ヘッドの内部の泡の
   状態を予測することを特徴とする請求項１に記載のイン
   クジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記予測手段は、前記記録ヘッド内部の
   電気伝導度を測定するものであることを特徴とする請求
   項１に記載のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記予測手段は、前記記録ヘッド内部の
   熱伝導度を測定するものであることを特徴とする請求項
   １に記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記回復手段は、前記記録ヘッドの予備
   加熱またはインクの予備吐出を行なうことを特徴とする
   請求項１に記載のインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記予測手段による泡
   の量の予測結果に応じて前記記録ヘッドを予備加熱する
   温度を設定し、および／または、インクの予備吐出回数
   を設定することを特徴とする請求項７に記載のインクジ
   ェット記録装置。